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多孔PCM/液冷型锂电池组散热性能分析
| 论文题名： | 多孔PCM/液冷型锂电池组散热性能分析 |
| 关键词： | 锂电池组;多孔冷板;复合散热;液冷管壁厚;电动汽车 |
| 摘要： | 为了解决石化能源大量消耗及环境污染的问题，新能源汽车行业蓬勃发展。锂电池因能量密度高、循环寿命长、污染小等优点备受市场及研究者青睐，成为电动汽车动力系统的核心部件。锂电池容量和安全性与工作温度息息相关，其充放电时内部产热使电池包温度迅速上升，过高的温度会降低充放电效率，缩短循环寿命，甚至引起自燃。电动汽车中方形锂电池容量通常比圆柱形电池更大，高放电倍率下，其温度的控制更加困难。针对这一问题，本文提出一种多孔相变材料-液冷耦合式散热方案，结合数值模拟和物理实验对方形动力锂电池在高温、高倍率放电时的冷却效果进行了预测及对比验证，主要内容包括： （1）概述了国内外冷却方式的优劣势及研究现状，对锂电池工作原理及生热、传热过程进行了阐述，利用物理实验测出不同环境温度下电池等效内阻随SOC的变化值。结果表明：内阻会随环境温度降低而增大；在30%~90%SOC范围内时，电池内阻值比较稳定。 （2）建立了单体电池数值模型，基于实验数据计算出产热率，仿真研究了高温工况下，不同放电倍率和对流换热系数对单体电池温度分布的影响。结果表明：电池温升随放电倍率增加而增加；3C放电时，单体电池的最高温度随换热系数的增大而降低，且当换热系数增加到55W·m-2·K-1时，电池温度能保持在安全阈值内。 （3）针对单体电池建立了多孔相变材料-液冷散热结构，以电池的最高温度、最大温差及质量成组效率作为考察指标，研究了管道排布、耦合方式、冷却液流速、多孔冷板孔隙率和液冷流道壁厚对其温度场的影响。结果表明：电池的最高温度、温差与冷却液流速成反比，但当流速增加到0.22m/s时，散热效果增强不再明显；电池最高温度、温差和成组效率均与孔隙率成正比；由于流速增加和热阻的平衡作用，液冷管壁厚增加会影响系统的冷却能力。 （4）对多孔相变材料-液冷型复合电池包进行散热仿真分析，以冷却液流速、孔隙率和液冷管壁厚作为考察因素对其进行多目标优化，对最高温度及最大温差进行响应面显著性分析，得到了使最高温度和温差最小化、成组效率指标最大化的最优参数组合，并通过数值模拟对回归模型所得出的最优结果进行验证。结果表明：当冷却液流速为0.133m/s、孔隙率为47.49%、液冷管道壁厚为0.71mm时，电池的最高温度为45.33℃，温差为4.69℃，成组效率为81.59%。 |
| 作者： | 罗雨诗 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 安治国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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